CN112300846A - 一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统 - Google Patents

一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,包括分散部、稀释部、分离部、透析部以及高压破碎部,所述分散部用于将生物质原材料充分融合分散在25%的硫酸水溶液中,所述分散部采用可调温的分散反应釜,且该分散反应釜的分散系统设置为双向分散系统,所述双向分散系统包括电机、减速机、框式搅拌器、若干搅拌桨和主轴。本发明对高压破碎过程进行低温冷却,可以有效控制压力上升过程中温度的上升,大大提高了生物质纳米级粉末的尺寸稳定性;在高压破碎前加入分散剂,可以克服生物质原料在纳米化过程中由于羟基与羟基之间产生氢键连接而导致的物料团聚现象。

Description

一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统
技术领域
本发明涉及生物质纳米级粉末制备技术领域,具体涉及一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统。
背景技术
生物质纳米级粉末采用木材边角料、稻壳等生物质作为原材料,添加纳米防焦剂,经过纳米多孔粉碎、烘干、混合等工艺,制成纳米级粉末,目前最为常见的就是生物质纳米级粉末燃料,生物质纳米级粉末燃料可完全消除粉状生物质燃烧不完全、黑烟、结焦等现象,烟气不需经脱硫除尘措施即可直接排放,是一种适合于城市工业锅炉使用的高性能燃料。
现有的技术,在高压均质过程中,压力能的释放和高速运动使物料粉碎,从而减小物料的尺,这种方法易造成制备的纳米纤维素直径分布广、不均匀,纤维间交织成微米级的问题,此外,由于没有有效的控温方式,造成均质后物料温度过高,影响稳定性,也易造成物料团聚。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,有效克服超高压处理过程中由于压力上升而导致的升温现象,均质过程中产生的热量可被及时吸收,大大提高尺寸稳定性,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,包括分散部、稀释部、分离部、透析部以及高压破碎部,所述分散部用于将生物质原材料充分融合分散在25%的硫酸水溶液中,所述分散部采用可调温的分散反应釜,且该分散反应釜的分散系统设置为双向分散系统,所述双向分散系统包括电机、减速机、框式搅拌器、若干搅拌桨和主轴,所述电机和减速机分别与主轴相连,所述电机和减速机固定于所述釜体的外部,所述主轴的上方与所述釜体接触处设置有轴封,所述框式搅拌器和所述搅拌桨固定连接于所述主轴上;
所述稀释部用于将分散有生物质原材料的硫酸水溶液进行稀释,且稀释液采用蒸馏水;
所述分离部用于将稀释后的硫酸水溶液进行分离,所述分离部具体设置为离心分离机,所述离心分离机根据转子目标控制温度和温度传感器的检测温度的差,高精度地控制压缩机用电动机;
所述透析部用于对上述分离后的硫酸水溶液的透析,且所述透析部具体设置为循环透析机,采用循环透析机能有效的提高透析中透析液的利用率;
所述高压破碎部用于将透析后得到的沉淀物采用均质仪进行高压破碎,在高压破碎时沉淀物中需加入一定量的分散剂,在破碎过程中同时进行低温冷却,破碎后,将得到的生物质粉末进行冷冻干燥处理。
作为优选的方案,所述稀释部具体设置为带有浓缩柜和清液提升桶的稀释机,所述清液提升桶设置在所述浓缩柜内,所述清液提升桶的上下端开口且在其侧壁上形成有清液出口,所述清液出口与进料桶的内部相连通,且所述清液出口的水平高度高于浓缩柜内清液的上液面高度。
作为优选的方案,所述稀释机还包括供气管和空气源,所述供气管的一端从所述清液提升桶的下端伸入所述清液提升桶内;所述空气源的出气口与所述供气管的另一端相连,用于通过供气管向所述清液提升桶内供给空气,以便使所述清液提升桶内的清液上液面升到高于或等于所述清液出口的高度。
作为优选的方案,所述离心分离机包括:转子、收容转子的腔室、检测腔室的温度的温度传感器以及压缩机用电动机,其在最小连续转速至最大连续转速的范围内进行可变控制,控制装置根据由转子的冷却温度设定计算出的目标控制温度与温度传感器的检测温度之差,对压缩机用电动机的转速进行PID运算,在求出的运算转速高于最小连续转速的情况下,以运算转速或最大连续转速中较小的转速,对压缩机用电动机进行连续旋转控制,在运算转速经过规定时间而低于最小连续转速的情况下,进行将压缩机用电动机接通或断开的间歇控制。
作为优选的方案,所述循环透析机包括透析机机体,其中,还包括设置在所述透析机机体内部的第一透析箱和第二透析箱,所述第一透析箱内部设有由透析膜围成的第一透析腔体,所述第二透析箱内部设有由透析膜围成的第二透析腔体,且第二透析箱设置有回流管道,所述回流管道的一端连通于第一透析箱,且所述回流管道上设置有回流泵。
作为优选的方案,所述匀质仪包括分液组件和旋转盘,所述旋转盘设有若干样品管,所述分液组件包括至少一注射泵、与一注射泵连接的至少一分液管、及与所述分液管连接的升降组件。
作为优选的方案,所述匀质仪还包括驱动件、与所述驱动件连接的传动轴、及与所述传动轴连接的分散刀头,转动所述旋转盘,使得所述分散刀头面向一样品管,所述驱动件驱动传动轴和所述分散刀头沿靠近所述样品管的方向移动,至所述分散刀头容纳于该所述样品管,所述驱动件驱动所述分散刀头于所述样品管中转动。
作为优选的方案,所述生物质原材料与硫酸水溶液的质量比为1∶20-1∶40,并在35-60℃温度范围下保持2h。
作为优选的方案,所述分散剂设置为马来酸酐或者乙酸酐,且所述均质仪的破碎压力为1100-1200bar。
综上所述,由于采用了上述技术,本发明的有益效果是:
本发明中,对高压破碎过程进行低温冷却,可以有效控制压力上升过程中温度的上升,大大提高了生物质纳米级粉末的尺寸稳定性;在高压破碎前加入分散剂,可以克服生物质原料在纳米化过程中由于羟基与羟基之间产生氢键连接而导致的物料团聚现象。
附图说明
图1为本发明一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统框图;
图2为本发明一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统中分散反应釜结构示意图;
图3为本发明一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统中稀释机结构示意图;
图4为本发明一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统中循环透析机结构示意图。
图中:1、清液提升桶;2、浓缩柜;3、清液出口;4、进料桶;5、透析机机体;6、第一透析箱;7、第二透析箱;8、回流管道;9、回流泵;10、电机;11、减速机;12、框式搅拌器;13、主轴;14、釜体。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据说明书具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了如图1所示的,包括分散部、稀释部、分离部、透析部以及高压破碎部,分散部用于将生物质原材料充分融合分散在25%的硫酸水溶液中,分散部采用可调温的分散反应釜,且该分散反应釜的分散系统设置为双向分散系统,双向分散系统包括电机10、减速机11、框式搅拌器12、若干搅拌桨和主轴,电机10和减速机11分别与主轴13相连,电机10和减速机11固定于釜体14的外部,主轴13的上方与釜体14接触处设置有轴封,框式搅拌器12和搅拌桨固定连接于主轴上;
稀释部用于将分散有生物质原材料的硫酸水溶液进行稀释,且稀释液采用蒸馏水;
分离部用于将稀释后的硫酸水溶液进行分离,分离部具体设置为离心分离机,离心分离机根据转子目标控制温度和温度传感器的检测温度的差,高精度地控制压缩机用电动机;
透析部用于对上述分离后的硫酸水溶液的透析,且透析部具体设置为循环透析机,采用循环透析机能有效的提高透析中透析液的利用率;
高压破碎部用于将透析后得到的沉淀物采用均质仪进行高压破碎,在高压破碎时沉淀物中需加入一定量的分散剂,在破碎过程中同时进行低温冷却,破碎后,将得到的生物质粉末进行冷冻干燥处理。
其中,稀释部具体设置为带有浓缩柜2和清液提升桶1的稀释机,清液提升桶1设置在浓缩柜2内,清液提升桶1的上下端开口且在其侧壁上形成有清液出口3,清液出口3与进料桶4的内部相连通,且清液出口3的水平高度高于浓缩柜2内清液的上液面高度。
其中,稀释机还包括供气管和空气源,供气管的一端从清液提升桶的下端伸入清液提升桶内;空气源的出气口与供气管的另一端相连,用于通过供气管向清液提升桶内供给空气,以便使清液提升桶内的清液上液面升到高于或等于清液出口的高度。
其中,离心分离机包括:转子、收容转子的腔室、检测腔室的温度的温度传感器以及压缩机用电动机,其在最小连续转速至最大连续转速的范围内进行可变控制,控制装置根据由转子的冷却温度设定计算出的目标控制温度与温度传感器的检测温度之差,对压缩机用电动机的转速进行PID运算,在求出的运算转速高于最小连续转速的情况下,以运算转速或最大连续转速中较小的转速,对压缩机用电动机进行连续旋转控制,在运算转速经过规定时间而低于最小连续转速的情况下,进行将压缩机用电动机接通或断开的间歇控制。
其中,循环透析机包括透析机机体,其中,还包括设置在透析机机体5内部的第一透析箱6和第二透析箱7,第一透析箱6内部设有由透析膜围成的第一透析腔体,第二透析箱7内部设有由透析膜围成的第二透析腔体,且第二透析箱7设置有回流管道8,回流管道8的一端连通于第一透析箱6,且回流管道8上设置有回流泵9。
其中,匀质仪包括分液组件和旋转盘,旋转盘设有若干样品管,分液组件包括至少一注射泵、与一注射泵连接的至少一分液管、及与分液管连接的升降组件。
其中,匀质仪还包括驱动件、与驱动件连接的传动轴、及与传动轴连接的分散刀头,转动旋转盘,使得分散刀头面向一样品管,驱动件驱动传动轴和分散刀头沿靠近样品管的方向移动,至分散刀头容纳于该样品管,驱动件驱动分散刀头于样品管中转动。
其中,生物质原材料与硫酸水溶液的质量比为1∶20-1∶40,并在35-60℃温度范围下保持2h。
其中,分散剂设置为马来酸酐或者乙酸酐,且均质仪的破碎压力为1100-1200bar。
综上所述,本发明对高压破碎过程进行低温冷却,可以有效控制压力上升过程中温度的上升,大大提高了生物质纳米级粉末的尺寸稳定性;在高压破碎前加入分散剂,可以克服生物质原料在纳米化过程中由于羟基与羟基之间产生氢键连接而导致的物料团聚现象。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (9)

1.一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,包括分散部、稀释部、分离部、透析部以及高压破碎部,其特征在于:
所述分散部用于将生物质原材料充分融合分散在25%的硫酸水溶液中,所述分散部采用可调温的分散反应釜;
所述稀释部用于将分散有生物质原材料的硫酸水溶液进行稀释,且稀释液采用蒸馏水;
所述分离部用于将稀释后的硫酸水溶液进行分离,所述分离部具体设置为离心分离机,所述离心分离机根据转子目标控制温度和温度传感器的检测温度的差,高精度地控制压缩机用电动机;
所述透析部用于对上述分离后的硫酸水溶液的透析,且所述透析部具体设置为循环透析机,采用循环透析机能有效的提高透析中透析液的利用率;
所述高压破碎部用于将透析后得到的沉淀物采用均质仪进行高压破碎,在高压破碎时沉淀物中需加入一定量的分散剂,在破碎过程中同时进行低温冷却,破碎后,将得到的生物质粉末进行冷冻干燥处理。
2.根据权利要求1所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述稀释部具体设置为带有浓缩柜和清液提升桶的稀释机,所述清液提升桶设置在所述浓缩柜内,所述清液提升桶的上下端开口且在其侧壁上形成有清液出口,所述清液出口与进料桶的内部相连通,且所述清液出口的水平高度高于浓缩柜内清液的上液面高度。
3.根据权利要求2所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述稀释机还包括供气管和空气源,所述供气管的一端从所述清液提升桶的下端伸入所述清液提升桶内;所述空气源的出气口与所述供气管的另一端相连,用于通过供气管向所述清液提升桶内供给空气,以便使所述清液提升桶内的清液上液面升到高于或等于所述清液出口的高度。
4.根据权利要求1所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述离心分离机在最小连续转速至最大连续转速的范围内进行可变控制,控制装置根据由转子的冷却温度设定计算出的目标控制温度与温度传感器的检测温度之差,对压缩机用电动机的转速进行PID运算,在求出的运算转速高于最小连续转速的情况下,以运算转速或最大连续转速中较小的转速,对压缩机用电动机进行连续旋转控制,在运算转速经过规定时间而低于最小连续转速的情况下,进行将压缩机用电动机接通或断开的间歇控制。
5.根据权利要求1所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述循环透析机包括透析机机体,其中,还包括设置在所述透析机机体内部的第一透析箱和第二透析箱,所述第一透析箱内部设有由透析膜围成的第一透析腔体,所述第二透析箱内部设有由透析膜围成的第二透析腔体,且第二透析箱设置有回流管道,所述回流管道的一端连通于第一透析箱,且所述回流管道上设置有回流泵。
6.根据权利要求1所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述匀质仪包括分液组件和旋转盘,所述旋转盘设有若干样品管,所述分液组件包括至少一注射泵、与一注射泵连接的至少一分液管、及与所述分液管连接的升降组件。
7.根据权利要求6所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述匀质仪还包括驱动件、与所述驱动件连接的传动轴、及与所述传动轴连接的分散刀头,转动所述旋转盘,使得所述分散刀头面向一样品管,所述驱动件驱动传动轴和所述分散刀头沿靠近所述样品管的方向移动,至所述分散刀头容纳于该所述样品管,所述驱动件驱动所述分散刀头于所述样品管中转动。
8.根据权利要求1所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述生物质原材料与硫酸水溶液的质量比为1∶20-1∶40,并在35-60℃温度范围下保持2h。
9.根据权利要求1所述的一种生物质纳米级粉末专用低温制备系统,其特征在于:所述分散剂设置为马来酸酐或者乙酸酐,且所述均质仪的破碎压力为1100-1200bar。
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